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煤化工安全氣體監測系統
發布時間:2015-12-10


1、概述


  煤化產品主要原料為原煤,制備工藝采用粉煤加壓氣化技術。正常生產工況下,煤化工工藝產生的H2和CO占混合氣體積的70%,是含量最高的兩種可燃氣體。化工副產品包括CH4、H2S、H2O、CO2、N2等。混合氣爆炸發火極限范圍寬,危險性高。


  項目中煤化工氣化區為兩棟10層的高層建筑,生產區面積大,設備結構復雜,管路多,且連續生產周期長,存在由于管線、閥門、法蘭等設備因機械、熱沖力、腐蝕、老化、人員操作失誤等原因導致的氣體泄漏的隱患,因此在生產區設計安裝氣體泄露監測系統十分必要,其目的在于實時監測,及時預測可能的事故,定位泄露區域,報警,消除安全隱患,保證企業安全生產。


2、技術優勢


  電化學傳感器是目前檢測有毒有害氣體最常見和最成熟的監測設備。但電化學傳感器具有選擇性差,易受干擾,且動態范圍小,易中毒等缺點。此外,電化學傳感器在接觸到高濃度泄漏氣體后即失去監測能力,并且需要兩年更換一次,后期維護費用較高。


  本方案采用的四組分氣體監測儀與便攜式氣體檢測儀,基于紅外光聲光譜原理,借助激光光譜的高選擇性和硅MEMS懸臂梁的高選擇性,具有其它技術無法比擬的高靈敏度、高線性度和高穩定性,能實現多種有害氣體的測量,檢測下限為ppm級,具有工作壽命長,免維護、寬范圍、抗相互干擾能力強、不中毒等優點。


  本方案中的氧氣監測儀采用可調諧激光吸收光譜技術,可以在線連續監測空氣中的氧氣含量,探測范圍可達5%-40%。具有工作壽命長,免維護等優點。


3、技術方案


  3.1總體設計


  煤化工廠危險氣體監測項目的總體方案,依據“安全優先,成本兼顧”的原則展開。在綜合考慮危險氣體時間分辨率、危險氣體采集速度、危險氣體分析速度、方案實施成本等因素的基礎上,確定了“多路并聯巡檢”、“交差定位分析”的整體設計方案。


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圖1 煤化工廠危險氣體監測的總體方案圖


  如圖1所示,煤化工廠采用各層獨立的方式進行廠區監測,并根據實際工況核算后考慮氣泵機組的層間復用。由于廠區各層獨立監測,且每層的監測方案相近,因此,下面對單層的監測方案進行詳細介紹。


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圖2 煤化工廠危險氣體單層監測的方案設計圖


  如圖2所示,單層危險氣體監測方案包括控制、采樣、測量三大模塊。其中采樣模塊包括采樣點、采樣管與氣泵機組等若干部分;測量模塊包括多組分氣體測量儀與氧氣測量儀;控制模塊包括F1~F4與Fa~Fd的兩組閥門以及相應的上位機控制單元。

采樣模塊


  根據煤化工廠對各層的功能定位在每層選取16個采樣點。依據采樣點的空間分布將采樣點的位置抽象為如上圖所示的4行4列。各行各列的管道均采用單獨布線的方式并聯接入上游控制閥門,并通過上游的氣泵機組抽至氣體分析儀器附近。


  測量模塊:測量模塊由一臺多組分氣體測量儀與一臺氧氣測量儀串聯組成,其中多組分氣體測量儀用于測量CO、CH4、H2S、H2等若干氣體濃度,氧氣測量儀用于測量氧氣濃度。兩臺設備將測量信號通過控制子網發給上位機。


  控制模塊:控制模塊由上位機控制單元與8個控制閥門組成,并設有多種工作模式。該模塊根據各組分氣體濃度的測量結果控制8個閥門的開關,實現廠區的高效監測。


  3.2工作模式


  煤化工廠危險氣體監測項目方案預設了巡檢、粗定位、細定位、持續監測、休眠等四種工作模式,下面將詳細介紹各種工作模式.


  工作模式一(巡檢模式):泛巡模式用于廠區的快速檢查,在該模式狀態下氣泵機組與氣體測量儀處于開啟狀態,閥門Fa、Fb、Fc、Fd處于關閉狀態,閥門F1、F2、F3、F4處于開啟狀態,氣泵機組將各測點的氣體抽入測量儀附近進而完成判斷廠區是否存在有害氣體。


  工作模式二(粗定位模式):當巡檢模式發現問題后,粗定位模式開啟。在該模式狀態下氣泵機組與氣體測量儀處于開啟狀態,閥門Fa、Fb、Fc、Fd處于關閉狀態,通過輪流開啟閥門F1、F2、F3、F4完成對廠區的常態快速掃描。


  工作模式三(精定位模式):在粗定位模式定位異常點所在區域后,啟用精定位模式,在該模式狀態下氣泵機組與氣體測量儀處于開啟狀態,閥門F1、F2、F3、F4處于關閉狀態,通過輪流開啟閥門Fa、Fb、Fc、Fd完成對異常監測點的精確定位。


  工作模式四(持續監測模式):在定位異常測點(以測點3b為例)后,啟用持續檢測模式完成對異常測點的持續檢測,在該模式狀態下氣泵與氣體測量儀處于開啟狀態,通過輪流開啟閥門F3與Fb并對測量結果進行比較完成對異常測點的持續檢測。


  工作模式五(休眠模式):當無需監測時啟用休眠模式,在該模式狀態下氣泵機組與氣體測量儀處于關閉狀態,所有閥門全部打開。


  工作模式六(人工排查模式):當安監設備對泄漏區域進行初步定位后,廠區人員可以采用便攜式氣體監測設備完成對泄漏點的詳細排查。


  下圖給出了各模式間的相互關系與控制流程圖。


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圖3 各模式間的相互關系與控制流程圖


  3.3技術指標


  監測儀按照二區防爆要求設計,接口為網絡數據接口,體系的監測指標如下表所示:


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表1 煤化工廠安全監測系統指標



4、方案報價


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表2 煤化工廠安全監測系統報價方案


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